Analyse og reduksjon av strømforsyningsstøy i høyfrekvent PCB-designprosess

I høyfrekvent PCBs, strømforsyningsstøy skiller seg ut som en betydelig form for interferens. Denne artikkelen gjennomfører en omfattende analyse av egenskapene og opprinnelsen til strømforsyningsstøy i høyfrekvente PCB-er, og tilbyr praktiske og effektive løsninger basert på tekniske applikasjoner.

EN.Analyse av strømforsyningsstøy

Støy fra strømforsyningen refererer til støy som genereres eller forstyrres av selve strømforsyningen. Denne forstyrrelsen er tydelig i følgende aspekter:

1. Distribuert støy som følge aviboende impedans av strømforsyningen. I høyfrekvente kretser påvirker støy fra strømforsyningen høyfrekvente signaler betydelig. Derfor er det første kravet lavstøystrømforsyningLike viktig er ren grunn og strømforsyning.

I et ideelt scenario ville strømforsyningen væreimpedansfri, noe som resulterer i ingen støy. I praksis har imidlertid strømforsyningen en viss impedans, som er fordelt over hele strømforsyningen, noe som fører til overlagring av støy. Derfor bør man forsøke å minimere strømforsyningens impedans. Det er å foretrekke å ha en dedikert kraftplanogbakkeplanI design av høyfrekvente kretser er det generelt mer effektivt å designe strømforsyningen i lag i stedet for i et bussformat, noe som sikrer at sløyfen konsekvent følger banen med minst mulig impedans. I tillegg gir strømforsyningskortet ensignalsløyfefor alle signaler som genereres og mottas på PCB-en, og dermed minimeres signalsløyfen og støyen reduseres.

2. Fellesmodusfeltinterferens: Denne typen interferens gjelder støy mellom strømforsyningen og jord. Den oppstår fra interferens forårsaket av en sløyfe dannet av den forstyrrede kretsen og fellesmodusspenningen som følge av den felles referanseflaten. Størrelsen avhenger av de relative elektriske og magnetiske feltene, og intensiteten er relativt lav.

I dette scenariet fører reduksjonen i strøm (Ic) til en fellesmodusspenning i seriekoblingen.strømsløyfe, noe som påvirker mottaksdelen. Hvismagnetfeltdominerer, er fellesmodusspenningen som genereres i seriejordsløyfen gitt av formelen:

ΔB i formel (1) representerer endringen i magnetisk induksjonsintensitet, målt i Wb/m²²; S betegner arealet i m².

For enelektromagnetisk felt, når den elektrisk felt verdien er kjent, er den induserte spenningen gitt av ligning (2), som generelt gjelder når L = 150/F eller mindre, hvor F representererelektromagnetisk bølgefrekvensi MHz. Hvis denne grensen overskrides, kan beregningen av den maksimale induserte spenningen forenkles som følger:

3. Differensialmodusfeltinterferens: Dette refererer til interferensen mellom strømforsyningen oginngangs- og utgangsstrømledningsI faktisk PCB-design observerte forfatteren at bidraget til strømforsyningsstøy er minimalt, og derfor kan utelates her.
4. InterlinjeinterferensDenne typen interferens gjelder interferens mellom kraftledninger. Når det er gjensidig kapasitans (C) og gjensidig induktans (M1-2) mellom to forskjellige parallelle kretser, vil interferensen manifestere seg i den forstyrrede kretsen hvis det er spenning (VC) og strøm (IC) i interferenskildekretsen:
   1. Spenningen som kobles gjennom den kapasitive impedansen er gitt av ligning (4), hvor RV representerer parallellverdien tilmotstand nær endeog denmotstand i den fjerne endenavforstyrret krets.
   2. Serieresistans gjennom induktiv kobling: Hvis det er fellesmodusstøy i interferenskilden, oppstår interlinjeinterferensen vanligvis i både fellesmodus og differensialmodus.
5. KraftledningskoblingDette fenomenet oppstår når strømledningen overfører interferens til andre enheter etter å ha blitt utsatt forelektromagnetisk interferens fra AC eller DC strømkildeDette representerer en indirekte form for støyforstyrrelser fra strømforsyningen på høyfrekvent kretssDet er viktig å merke seg at støy fra strømforsyningen ikke nødvendigvis er selvgenerert, men også kan skyldes ekstern interferensinduksjon, noe som fører til overlagring (utstrålt eller ledningsbåret) av støy generert av seg selv, og dermed forstyrrer andre kretser eller enheter.

• Mottiltak for å eliminere støyforstyrrelser fra strømforsyningen

Med tanke på de ulike manifestasjonene og årsakene til støy fra strømforsyningen som er analysert ovenfor, kan forholdene som fører til støy fra strømforsyningen spesifikt forstyrres, og dermed effektivt undertrykke støyen. Følgende løsninger anbefales:

• Oppmerksomhet påGjennomgående hull for kretskorts: Gjennomgående hull nødvendiggjøretseåpnings påstrømforsyningslaget for å få plass til passasje. Hvis åpningen i effektlaget er for stor, kan det påvirke signalsløyfen, tvinge signalet til å omgå og øke sløyfeområdet og støyen. Hvis visse signallinjer er konsentrert nær åpningen og deler denne sløyfen, kan felles impedans føre til krysstale.
• Tilstrekkelig jordledning for kabler: Hvert signal krever sin egen dedikerte signalsløyfe, der signal- og sløyfeområdet holdes så lite som mulig, noe som sikrer parallell justering.
• Plassering av strømforsyningsstøyfilter: Dette filteret demper effektivt intern strømforsyningsstøy og forbedrer systemetsanti-interferens og sikkerhet. Den fungerer som en toveisRF-filter, filtrerer ut støyinterferens introdusert fra strømledningen (forhindrer interferens fra andre enheter) og støy generert av seg selv (for å unngå interferens med andre enheter), samt kryssmodus fellesmodusinterferens.
• StrømisoleringTransformatorDette isolerer fellesmodus-jordsløyfen tilstrømforsyningssløyfe eller signalkabel, som effektivt separerer fellesmodus-sløyfestrøm generert ved høye frekvenser.
• Strømregulering: Å gjenopprette en renere strømforsyning kan redusere støy fra strømforsyningen betydelig.
• Kabling: Inngangs- og utgangsledningene til strømforsyningen bør holdes unna kanten av det dielektriske kortet for å unngå å generere stråling og forstyrre andre kretser eller utstyr.
• Separate analoge og digitale strømforsyninger: Høyfrekvente enheter er generelt svært følsomme for digital støy, så de to bør isoleres og kobles sammen ved strømforsyningsinngangen. Hvis et signal må krysse både analoge og digitale domener, kan en sløyfe plasseres over signalet for å redusere sløyfeområdet.
• Unngå overlappende separate strømforsyninger mellom forskjellige lag: Forsøk å forskyve dem for å forhindre at støy fra strømforsyningen lett kobles gjennom parasittisk kapasitans.
• Isoler følsomme komponenter: Komponenter som faselåste løkker (PLL-er) er svært følsomme for støy fra strømforsyningen og bør holdes så langt unna strømforsyningen som mulig.
• Plassering av strømledning: Å plassere en strømledning langs signalledningen kan redusere signalsløyfen og oppnå støyreduksjon.
• Jording av bypass-banen: For å forhindre akkumulert støy forårsaket av strømforsyningsforstyrrelser på kretskortet og ekstern strømforsyningsforstyrrelse, kan bypass-banen jordes på forstyrrelsesbanen (unntatt stråling), slik at støyen kan omgås til jord og unngå forstyrrelser med andre enheter og utstyr.

Avslutningsvis:Støy fra strømforsyningen, enten den genereres direkte eller indirekte fra strømforsyningen, forstyrrer kretsen. Når man undertrykker dens påvirkning på kretsen, bør man følge et generelt prinsipp: minimer virkningen av støy fra strømforsyningen på kretsen, samtidig som man reduserer påvirkningen fra eksterne faktorer eller kretsen på strømforsyningen for å forhindre forringelse av støy fra strømforsyningen.